CN109099502A - 相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统及其控制方法，所述系统包括电加热系统、蓄热系统、供蒸汽系统、供热水系统和补水系统；其中，所述电加热系统、蓄热系统构成第一回路，所述第一回路中设有供蒸汽系统和供热水系统中的热交换装置，为所述供蒸汽系统和供热水系统提供热源；所述供热水系统和供蒸汽系统两部分并联在电加热系统和蓄热系统的回路上。该系统及方法能有效利用产热系统产生的热量，是一种集产热、储热、供热于一体的蓄热式电供热水‑蒸汽系统。

Description

相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及热能工程技术领域，尤其涉及一种相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统及其控制方法。

背景技术

随着人们对生活质量的提高，供暖已经不再只是北方人的生活需求，越来越多的人在家中安装供暖系统。现在的供暖有几种方式，一是集中供暖，多在北方地区，属于市政工程，大多数集中供暖工程通过烧煤来产生热能，通过水暖暖气片通入到热用户中；二是家庭供暖系统，一般采用地暖、暖气片等方式，通过电暖或者水暖供热。

相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，蓄冷系统是利用低谷电制冷并将冷量存储于相变材料中，在用电高峰期，少开或者不开制冷机，充分利用夜间存储的冷量进行供冷，从而达到削峰填谷的目的，大幅节省运行成本。

上述供热系统均缺少蓄热装置或者蓄热装置的热量散失大，热量直接从产生的装置中流入热用户，消耗巨大，热能的利用率低。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提出一种相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统及其控制方法，能有效利用低谷电进系统产生的热量，是一种集产热、储热、供热于一体的蓄热式电供热水-蒸汽系统。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

提供一种相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，所述系统包括电加热系统、蓄热系统、供蒸汽系统、供热水系统和补水系统；其中，

所述电加热系统、蓄热系统构成第一回路，所述第一回路中设有供蒸汽系统和供热水系统中的热交换装置，为所述供蒸汽系统和供热水系统提供热源；

所述供热水系统和供蒸汽系统两部分并联在电加热系统和蓄热系统的回路上。

进一步的，所述电加热系统和高压电网采用高压接触器柜进行连接，直接对储热砖进行加热，

所述蓄热系统为通过内、外壳体、保温层和储热转构成的蓄热装置；所述电加热系统流出的热空气通入蓄热系统中。

更进一步的，所述储热装置包括外壳体、内壳体、保温层和多层储热砖；其中，所述储热砖由横纵交替堆垛结构，所述堆垛结构中间留有风道，热风可通过风道与储热砖进行换热；

所述横储热砖为一层多排紧密相连的储热砖构成的横储热单元；

所述纵储热砖为一层多排纵排排列的，各排间有间隔的的储热砖构成的纵储热单元；

所述内壳体为设置于储热砖外的密封结构，所述外壳体固定于内壳体外，所述内、外壳体之间设有保温层，所述保温层为低导热系数材料制成，包括聚氨酯发泡树脂、蛭石、泡沫玻璃或陶瓷纤维。

作为一种优选，所述储热砖是复合相变储热材料或显热材料或者由复合相变储热材料与显热材料组合所制成，所述复合相变储热材料的使用温度范围是0~850℃。

进一步的，所述供热水系统包括第一气水换热器、供热水系统阀门、供热水系统水泵、热用户和管道；所述第一气水交换器连接在第一回路中，其入气口和出气口通过管道分别连接到蓄热系统和电加热系统；

所述第一气水交换器内的热水管通过管道流入热用户中，再通过水泵将热用户中的冷水回流入第一气水交换器内。

进一步的，所述的供蒸汽系统包括蒸汽发生器、供蒸汽系统阀门，所述的蒸汽发生器包括第二气水换热器和汽包，所述第二气水换热器产生的气体通入到汽包内；

在所述供蒸汽系统上连接有补水系统，所述的补水系统包括水箱、循环水泵、补水系统阀门；所述水箱通过循环水泵、补水系统阀门连接到所述第二气水换热器上。

更进一步的，所述蓄热系统通过第一阀门、风机构成的第二回路连接到电加热系统中；

所述蓄热系统通过第二阀门、第二气水换热器、第三阀门、风机构成的第三回路连接到电加热系统中。

基于上述系统，本发明还提供该系统的控制方法，所述方法在夜间低谷电期间采用电加热系统进行加热，实施三种工作模式：只蓄不供模式、边蓄边供热水模式以及边蓄边供蒸汽模式；白天停止电加热，实施蓄热供热水模式、蓄热供热蒸汽模式。

进一步的，所述只蓄不供模式具体为：关闭第二阀门、供热水系统阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门，打开第一阀门，打开风机，开启电加热系统，通过热风将热量通过对流、辐射换热存储于蓄热装置中；

所述边蓄边供热水模式具体为：关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门，开启供热水系统阀门，打开风机，开启电加热系统，开启循环水泵，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热装置，另一部分热量传给第一气水交换器，供热水系统水泵将热用户的低温水带至第一气水交换器进行热交换，提供高温水给热用户；

所述边蓄边供蒸汽模式具体为：关闭第一阀门、供热水系统阀门，开启第二阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门，开启风机，打开电加热系统，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热装置，另一部分热量传给蒸汽发生器，开启循环水泵，将水箱内的低温水抽至蒸汽发生器进行换热，产生蒸汽流给热用户；

所述蓄热供热水模式具体为：关闭电加热系统，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门，开启供热水系统阀门，开启循环水泵，开启风机，通过热风将蓄热系统存储的热量带入第一气水交换器，产生高温热水，供给热用户；

所述蓄热供热蒸汽模式具体为：关闭第一阀门、供热水系统阀门，开启第二阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门，开启风机，通过热风将通过热风将蓄热系统存储的热量带入蒸汽发生器，开启循环水泵，将水箱内的低温水抽至蒸汽发生器进行换热，产生蒸汽流给热用户。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比具有如下：

本发明提供的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统通过在加热系统和蓄热系统以及供蒸汽系统、供热水系统构成三条热流回路，第一回路是由加热系统、蓄热系统和供热水系统构成，实现了热用户的供热水问题；第二回路是不开供蒸汽系统、供热水系统，热流只在加热系统和蓄热系统中产生回流，实现了在电费低时的热能储存；第三回路是由加热系统、蓄热系统和供蒸汽系统构成，实现了热用户的供蒸汽问题；供热水和供蒸汽系统并联，两条回路互不影响。整个系统采用由外壳体、内壳体、保温层和储热砖构成的蓄热装置，储热砖的布置方式由两种结构堆垛起来中间留有风道，热风可通过风道与储热砖进行换热，该结构有效的实现保温功能，使热能储存在蓄热装置中，在需要使用时为供蒸汽系统、供热水系统提供热能。

本发明提供的该系统的控制方法，在用电低谷时关闭供蒸汽系统、供热水系统中的阀门，充分为蓄热装置充热源，再在白天用电高峰关闭电加热装置，仅依靠蓄热系统中的热能就能实现热用户的供蒸汽、供热水需求。

供热水和供蒸汽系统并联，单独控制，两条回路互不影响，进一步的提高了用户的体验度。

附图说明

图1为本发明相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统示意图；

图2为实施例中储热砖布置三维结构图；

图3为实施例中单排储热砖布置图；

图4为实施例中单排储热砖布置图；

图中，1、电加热系统；2、蓄热系统；3、第一阀门，4、第二阀门，5、供热水系统阀门，11、13分别为第一、第二供蒸汽系统阀门，14、第三阀门；6、第一气水换热器、7、水泵，10、循环水泵；8、热用户；9、水箱；12、蒸汽发生器；15、风机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做更进一步的解释：

实施例1

如图1所示，本发明提供相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，所述系统包括电加热系统1、蓄热系统2、供蒸汽系统、供热水系统和补水系统；其中，

所述电加热系统1、蓄热系统2构成第一回路，所述第一回路中设有供蒸汽系统和供热水系统中的热交换装置，为所述供蒸汽系统和供热水系统提供热源；所述供热水系统和供蒸汽系统两部分并联在电加热系统1和蓄热系统2的回路上。

进一步的，所述电加热系统和高压电网采用高压接触器柜进行连接，直接对储热砖进行加热。

所述蓄热系统2为通过内、外壳体、保温层和储热转构成的蓄热装置；所述电加热系统1流出的热空气通入蓄热系统2中。

本发明提供的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统通过供蒸汽和供热水两个系统，实现热用户的供热需求，采用蓄热系统2将热能储存起来，能够提高电加热系统1的热源使用率。

实施例2

更进一步的，如图2至图4所示，本实施例提供的所述储热装置包括外壳体、内壳体、保温层和多层储热砖；其中，所述储热砖由横纵交替堆垛结构，所述堆垛结构中间留有风道，热风可通过风道与储热砖进行换热；

所述横储热砖为一层多排紧密相连的储热砖构成的横储热单元；

所述纵储热砖为一层多排纵排排列的，各排间有间隔的的储热砖构成的纵储热单元；

所述内壳体为密封结构，材质为导热性能良好的铜、钢或铁。

所述外壳体可以为钢板、铝板、铁板，连接方式为焊接、螺栓连接或卡槽连接。

所述的保温层在内壳和外壳之间，为低导热系数材料，包括聚氨酯发泡树脂、蛭石、泡沫玻璃或陶瓷纤维。

作为一种优选，为了进一步提升蓄热装置的蓄热性能，所述储热砖是复合相变储热材料或显热材料或者由复合相变储热材料与显热材料组合所制成，所述复合相变储热材料的使用温度范围是0~850℃。优选的，储热砖是复合相变储热材料或显热材料及他们之间的组合，储热材料的使用温度范围是0~850℃。优选的，复合相变储热材料是以高温、耐腐蚀的无机非金属材料为载体，利用其微结构特点对相变材料进行包裹，并复合导热增强材料，采用颗粒材料制备工艺制备而成。

整个系统采用由外壳体、内壳体、保温层和储热砖构成的蓄热装置，储热砖的布置方式由两种结构堆垛起来中间留有风道，热风可通过风道与储热砖进行换热，该结构有效的实现保温功能，使热能储存在蓄热装置中，在需要使用时为供蒸汽系统、供热水系统提供热能。

实施例3

进一步的，所述供热水系统包括第一气水换热器、功热水系统阀门5、供热水系统水泵、热用户和管道；所述第一气水交换器连接在第一回路中，其入气口和出气口通过管道分别连接到蓄热系统2和电加热系统1；

所述第一气水交换器内的热水管通过管道流入热用户中，再通过水泵将热用户中的冷水回流入第一气水交换器内。

进一步的，所述的供蒸汽系统包括蒸汽发生器、供蒸汽系统阀门，所述的蒸汽发生器包括第二气水换热器和汽包，所述第二气水换热器产生的气体通入到汽包内；

在所述供蒸汽系统上连接有补水系统，所述的补水系统包括水箱、循环水泵、补水系统阀门；所述水箱通过循环水泵、补水系统阀门连接到所述第二气水换热器上。

更进一步的，所述蓄热系统2通过第一阀门3、风机构成的第二回路连接到电加热系统1中；

所述蓄热系统2通过第二阀门、第二气水换热器、第三阀门14、风机构成的第三回路连接到电加热系统1中。

本发明提供的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统通过在加热系统和蓄热系统2以及供蒸汽系统、供热水系统构成三条热流回路，第一回路是由加热系统、蓄热系统2和供热水系统构成，实现了热用户的供热水问题；第二回路是不开供蒸汽系统、供热水系统，热流只在加热系统和蓄热系统2中产生回流，实现了在电费低时的热能储存；第三回路是由加热系统、蓄热系统2和供蒸汽系统构成，实现了热用户的供蒸汽问题；供热水和供蒸汽系统并联，两条回路互不影响。

实施例4

基于上述系统，本发明还提供该系统的控制方法，系统的运行模式有3种:只蓄不供、边蓄边供和蓄热供热水或蒸汽三种运行模式。只蓄不供模式：在低谷电或弃风电期间，关闭热水换热器和蒸汽发生前后的阀门，开启电动调节阀，开启电加热和风机，通过热风将热量通过对流、辐射换热存储于储热器中。边蓄边供模式：在低谷电或弃风电期间，关闭电动调节阀，开启热水换热器或蒸汽发生器前后阀门，开启电加热和风机，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热器，另一部分热量传给热水换热器或蒸汽发生器，与从水箱中抽入的软化水换热，从而产生热水或蒸汽。蓄热供热水或蒸汽模式：开启热水换热器或蒸汽发生器前后阀门，关闭电加热，开启循环风机，将储热砖中存储的热量通过热风带给热水换热器或蒸汽发生器，与从水箱中抽入的软化水换热，从而产生热水或蒸汽。

本发明提供的该系统的控制方法，在用电低谷时关闭供蒸汽系统、供热水系统中的阀门，充分为蓄热装置充热源，再在白天用电高峰关闭电加热装置，仅依靠蓄热系统2中的热能就能实现热用户的供蒸汽、供热水需求。

供热水和供蒸汽系统并联，单独控制，两条回路互不影响，进一步的提高了用户的体验度。

实施例5

本实施例提供的控制方法，结合了用电费用及结合用电效果，该方法在夜间低谷电期间采用电加热系统1进行加热，实施三种工作模式：只蓄不供模式、边蓄边供热水模式以及边蓄边供蒸汽模式；白天停止电加热，实施蓄热供热水模式、蓄热供热蒸汽模式。

进一步的，所述只蓄不供模式具体为：关闭第二阀门、功热水系统阀门5、供蒸汽系统阀门、第三阀门14，打开第一阀门3，打开风机，开启电加热系统1，通过热风将热量通过对流、辐射换热存储于蓄热装置中；

所述边蓄边供热水模式具体为：关闭第一阀门3、第二阀门、第三阀门14，开启功热水系统阀门5，打开风机，开启电加热系统1，开启循环水泵，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热装置，另一部分热量传给第一气水交换器，供热水系统水泵将热用户的低温水带至第一气水交换器进行热交换，提供高温水给热用户；

所述边蓄边供蒸汽模式具体为：关闭第一阀门3、功热水系统阀门5，开启第二阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门14，开启风机，打开电加热系统1，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热装置，另一部分热量传给蒸汽发生器，开启循环水泵，将水箱内的低温水抽至蒸汽发生器进行换热，产生蒸汽流给热用户；

所述蓄热供热水模式具体为：关闭电加热系统1，关闭第一阀门3、第二阀门、第三阀门14，开启功热水系统阀门5，开启循环水泵，开启风机，通过热风将蓄热系统2存储的热量带入第一气水交换器，产生高温热水，供给热用户；

所述蓄热供热蒸汽模式具体为：关闭第一阀门3、功热水系统阀门5，开启第二阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门14，开启风机，通过热风将通过热风将蓄热系统2存储的热量带入蒸汽发生器，开启循环水泵，将水箱内的低温水抽至蒸汽发生器进行换热，产生蒸汽流给热用户。

本发明的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，

所述系统包括电加热系统、蓄热系统、供蒸汽系统、供热水系统和补水系统；其中，

所述电加热系统、蓄热系统构成第一回路，所述第一回路中设有供蒸汽系统和供热水系统中的热交换装置，为所述供蒸汽系统和供热水系统提供热源；

所述供热水系统和供蒸汽系统两部分并联在电加热系统和蓄热系统的回路上。

2.根据权利要求1所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，

所述电加热系统和高压电网采用高压接触器柜进行连接，直接对蓄热系统进行加热；

所述蓄热系统为通过内、外壳体、保温层和储热砖构成的蓄热装置；所述电加热系统流出的热空气通入蓄热系统中。

3.根据权利要求1所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，

所述储热装置包括外壳体、内壳体、保温层和多层储热砖；其中，所述储热砖由横纵交替堆垛结构，所述堆垛结构中间留有风道，热风可通过风道与储热砖进行换热；

所述横储热砖为一层多排紧密相连的储热砖构成的横储热单元；

所述纵储热砖为一层多排纵排排列的，各排间有间隔的储热砖构成的纵储热单元；

所述内壳体为设置于储热砖外的密封结构，所述外壳体固定于内壳体外，所述内、外壳体之间设有保温层，所述保温层为低导热系数材料制成，包括聚氨酯发泡树脂、蛭石、泡沫玻璃或陶瓷纤维。

4.根据权利要求3所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，

所述储热砖是复合相变储热材料或显热材料或者由复合相变储热材料与显热材料组合所制成，所述复合相变储热材料的使用温度范围是0~850℃。

5.根据权利要求1所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，

所述供热水系统包括第一气水换热器、供热水系统阀门、供热水系统水泵、热用户和管道；所述第一气水交换器连接在第一回路中，其入气口和出气口通过管道分别连接到蓄热系统和电加热系统；

所述第一气水交换器内的热水管通过管道流入热用户中，再通过水泵将热用户中的冷水回流入第一气水交换器内。

6.根据权利要求5所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，

所述的供蒸汽系统包括蒸汽发生器、供蒸汽系统阀门，所述的蒸汽发生器包括第二气水换热器和汽包，所述第二气水换热器产生的气体通入到汽包内；

在所述供蒸汽系统上连接有补水系统，所述的补水系统包括水箱、循环水泵、补水系统阀门；所述水箱通过循环水泵、补水系统阀门连接到所述第二气水换热器上。

7.根据权利要求6所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统，其特征在于，所述蓄热系统通过第一阀门、风机构成的第二回路连接到电加热系统中；

所述蓄热系统通过第二阀门、第二气水换热器、第三阀门、风机构成的第三回路连接到电加热系统中。

8.相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统控制方法，其特征在于，所述方法在夜间低谷电期间采用电加热系统进行加热，实施三种工作模式：只蓄不供模式、边蓄边供热水模式以及边蓄边供蒸汽模式；白天停止电加热，实施蓄热供热水模式、蓄热供热蒸汽模式。

9.根据权利要求8所述的相变蓄热式电热蒸汽与热水供应系统控制方法，其特征在于，

所述只蓄不供模式具体为：关闭第二阀门、供热水系统阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门，打开第一阀门，打开风机，开启电加热系统，通过热风将热量通过对流、辐射换热存储于蓄热装置中；

所述边蓄边供热水模式具体为：关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门，开启供热水系统阀门，打开风机，开启电加热系统，开启循环水泵，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热装置，另一部分热量传给第一气水交换器，供热水系统水泵将热用户的低温水带至第一气水交换器进行热交换，提供高温水给热用户；

所述边蓄边供蒸汽模式具体为：关闭第一阀门、供热水系统阀门，开启第二阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门，开启风机，打开电加热系统，通过热风将一部分热量通过对流换热传给蓄热装置，另一部分热量传给蒸汽发生器，开启循环水泵，将水箱内的低温水抽至蒸汽发生器进行换热，产生蒸汽流给热用户；

所述蓄热供热水模式具体为：关闭电加热系统，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门，开启供热水系统阀门，开启循环水泵，开启风机，通过热风将蓄热系统存储的热量带入第一气水交换器，产生高温热水，供给热用户；

所述蓄热供热蒸汽模式具体为：关闭第一阀门、供热水系统阀门，开启第二阀门、供蒸汽系统阀门、第三阀门，开启风机，通过热风将通过热风将蓄热系统存储的热量带入蒸汽发生器，开启循环水泵，将水箱内的低温水抽至蒸汽发生器进行换热，产生蒸汽流给热用户。